Cientistas de Viena, na Áustria, e Pequim, na China, desenvolveram de forma independente os primeiros relógios nucleares funcionais do mundo. O resultado coloca em funcionamento uma tecnologia buscada por físicos há décadas e pode ampliar a precisão da medição do tempo.
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Os dispositivos usam lasers para acompanhar mudanças de energia no núcleo de átomos de tório-229. A tecnologia ainda não supera os melhores relógios atômicos, mas pode encontrar aplicações em navegação por satélite, comunicação de dados e pesquisas sobre física fundamental.
Os dois protótipos seguem em desenvolvimento: Viena tem cristais melhores, enquanto Pequim conta com um laser mais potente. – Imagem criada por inteligência artificial: Gemini/Olhar Digital
Como funciona um relógio nuclear
O nome pode causar confusão: esses relógios não são alimentados por fusão ou fissão nuclear. A medição ocorre a partir da interação entre um laser de alta potência e o núcleo de um átomo.
A principal diferença para os relógios atômicos convencionais está justamente no que eles observam. Os modelos tradicionais medem o tempo acompanhando mudanças de energia dos elétrons, que ficam na região externa do átomo. Lasers ou micro-ondas fazem essas partículas passarem entre diferentes níveis de energia, usando elementos como césio e estrôncio.
Nos relógios nucleares, a referência está dentro do átomo. Os lasers provocam transições de energia envolvendo prótons e nêutrons no núcleo. Como essa região é muito menor que a área ocupada pelos elétrons, os pesquisadores acreditam que acompanhar essas mudanças pode permitir uma precisão ainda maior.
Os equipamentos de Viena e Pequim usam tório-229 preso em cristais sólidos de fluoreto de cálcio.
Os dois grupos trabalharam de forma independente e chegaram a relógios nucleares de tório-229 funcionais ao mesmo tempo, usando diferentes abordagens experimentais. Acho isso muito encorajador porque mostra que o conceito é robusto e não depende de uma única implementação técnica.
Shiqian Ding, físico da Universidade Tsinghua, em nota.
Onde a tecnologia pode ser usada
Os melhores relógios atômicos convencionais conseguem ganhar ou perder apenas um segundo ao longo de bilhões de anos. Essa precisão já é importante para sistemas de navegação por satélite e redes de comunicação pela internet, celulares e fibras ópticas.
Quando aperfeiçoados, os relógios nucleares poderão ampliar essas possibilidades. Entre as aplicações apontadas pelos pesquisadores estão:
- navegação por satélite, que depende de medições extremamente precisas de tempo;
- sincronização de dados, importante para redes de comunicação;
- levantamentos de alta precisão, que exigem medições temporais extremamente estáveis;
- metrologia, campo dedicado à ciência das medições e suas aplicações;
- pesquisa em física fundamental, incluindo experimentos para investigar fenômenos como a matéria escura.
O relógio desenvolvido em Viena já foi usado em um desses experimentos. A equipe tentou detectar matéria escura, mas não encontrou evidências do componente do Universo. Mesmo assim, o dispositivo apresentou desempenho no nível dos melhores relógios atômicos.
A navegação por satélite está entre as áreas que podem se beneficiar de relógios capazes de medir o tempo com extrema precisão. – Imagem: K2L Family Stock/Shutterstock
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Próxima etapa é melhorar os protótipos
Os dois equipamentos ainda estão longe do desempenho que os pesquisadores pretendem alcançar. O relógio de Viena possui cristais de tório com maior concentração e melhores propriedades ópticas, enquanto o equipamento de Pequim conta com um laser mais potente.
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Para Thorsten Schumm, físico da TU Wien e um dos responsáveis pelo projeto austríaco, a combinação dessas características pode melhorar significativamente o desempenho dos relógios nucleares.
“A criação de um relógio nuclear era algo com que os físicos sonhavam há quase 50 anos. Minha equipe trabalha para alcançar esse objetivo desde 2008”, afirmou Schumm.
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O pesquisador resume o potencial científico da tecnologia de forma direta: “Isso dá acesso a um universo completamente novo da física”.
Valdir Antonelli
Valdir Antonelli é jornalista com especialização em marketing digital e consumo.
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Tags: medição do tempo precisão do tempo Relógio atômico relógio nuclear
